不久前，在塔里木盆地腹地，我國深地工程獲得重大突破，首口超萬米科探井——深地塔科1井完成鉆井任務(wù)。深地塔科1井以10910米的垂直深度，不僅創(chuàng)下亞洲第一、世界第二的鉆探奇跡，更標(biāo)志著中國深地資源勘探進(jìn)入“萬米時(shí)代”。
這項(xiàng)工程的背后，是自主研發(fā)的十大技術(shù)利器組成的“超級鉆地軍團(tuán)”，它們?nèi)缤苓\(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)心臟，支撐著這場與地球深部的對話。
深地利器
全球首臺12000米特深井自動化鉆機(jī)
82米鋼鐵巨塔，相當(dāng)于24層樓的高度。這臺全球首臺12000米特深井自動化鉆機(jī)，搭載著國內(nèi)功率最大的6000馬力鉆井絞車，900噸提升系統(tǒng)可輕松吊起兩列動車組，其智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鉆井作業(yè)全流程自動化。
中國石油寶雞石油機(jī)械高級工程師 李亞輝：我們自主研發(fā)的超大負(fù)荷提升系統(tǒng)，輕松滿足特深井鉆探的超深、超重挑戰(zhàn)。同時(shí)，我們還自主研發(fā)了鉆機(jī)智能控制系統(tǒng)、配備了全套自動化井口操作設(shè)備等先進(jìn)裝備，實(shí)現(xiàn)了鉆井作業(yè)的自動化、智能化。
這臺鉆機(jī)配備的管柱自動化處理系統(tǒng)，通過機(jī)械臂與智能算法的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)從鉆桿提升到下鉆的無縫銜接。其搭載的隨鉆監(jiān)測系統(tǒng)，如同安裝在地下萬米的“電子眼”，實(shí)時(shí)回傳井下溫度、壓力等48項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，為決策系統(tǒng)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。
中國工程院院士 孫金聲：攻克了900噸頂驅(qū)、70MPa超高壓鉆井液循環(huán)系統(tǒng)等核心部件的“卡脖子”難題，推動鉆機(jī)提升能力和鉆井液泵送能力等取得重大跨越，實(shí)現(xiàn)了高端鉆機(jī)設(shè)計(jì)與制造全過程自主可控。
入地尖兵
超高溫高壓鉆探裝備集群
鉆探超萬米深井，面臨超高溫、超高壓、超重載荷、頻繁起下鉆等嚴(yán)苛復(fù)雜的作業(yè)工況，技術(shù)人員除了研發(fā)12000米特深井自動化鉆機(jī)，在鉆頭、鉆桿、測井儀組成的“入地尖兵”集群，正在創(chuàng)造新的技術(shù)奇跡。
鉆頭不到，油氣不冒，入地萬米鉆頭首當(dāng)其沖。為在地下萬米取出巖芯，我國自主研制了高強(qiáng)度取芯鉆頭，順利取出了連續(xù)巖芯。
中國石油塔里木油田企業(yè)首席專家 王春生：這種鉆頭是取芯鉆頭，中間是空的，我們?nèi)〉男揪褪峭ㄟ^這個(gè)來取的。中間是空的，周邊破巖，中間巖石是個(gè)巖柱子，順著這個(gè)孔就進(jìn)去了。
鉆到地下10910米，需要鉆穿塔里木盆地12套地層。地層巖石性質(zhì)變化很快，有的地層像橡皮糖很軟，有的地層則像水果糖很硬很脆，需要不同類型的鉆頭去鉆探。
深地塔科1井鉆頭廠商負(fù)責(zé)人 賈?。?/strong>我們在鉆進(jìn)萬米深井中用到的金剛石鉆頭，其核心材料金剛石復(fù)合片是在1500℃的高溫以及80000個(gè)大氣壓的極端條件下制造而成，這種壓強(qiáng)相當(dāng)于8頭重達(dá)10噸的大象同時(shí)站在一個(gè)指甲蓋大小的面積上所產(chǎn)生的壓力。在經(jīng)歷技術(shù)引進(jìn)和研發(fā)升級后，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
除了高溫高壓，萬米深層還有巖石劇烈擠壓，為此，我國專門設(shè)計(jì)制造了兩種世界上強(qiáng)度級別最高的高抗擠毀氣密封套管。
寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)首席工程師 盧小慶：專門設(shè)計(jì)開發(fā)了目前世界上鋼級最高的BG155V套管鋼級材料。它的強(qiáng)度級別大于1068MPa、沖擊韌性大于100J，而且在220℃高溫環(huán)境下可保持鋼級級別不降低。抗擠毀能力分別達(dá)到159MPa和169MPa，均高于ISO國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高鋼級套管24%以上。
此外，全球首套萬米超高溫測井儀在240℃環(huán)境中連續(xù)工作72小時(shí)，獲取完整地層數(shù)據(jù)。移動式巖樣成像系統(tǒng)則為巖芯進(jìn)行現(xiàn)場CT掃描，實(shí)現(xiàn)油氣顯示“零時(shí)差”發(fā)現(xiàn)。
“血液”支撐
國產(chǎn)鉆井液助力超萬米鉆井
鉆井液被喻為鉆井的“血液”，在超萬米科探井鉆進(jìn)過程中，遭遇嚴(yán)重井漏和嚴(yán)重坍塌等極其復(fù)雜的工況，依托我國自主研發(fā)的超高溫水基鉆井液體系，成功完成了鉆井任務(wù)。
大家看到的流動的液體就是鉆井液，它具有攜帶巖屑、平衡地層壓力、冷卻鉆頭等多種功能。這口井鉆探到萬米之下，鉆井液體系也經(jīng)受了前所未有的考驗(yàn)。
中國石油塔里木油田鉆井液企業(yè)高級專家 尹達(dá)：打到10289米，瞬間1800米的泥漿沒了，很大的漏速，當(dāng)時(shí)起鉆非常困難。因?yàn)閹r屑往下掉，臨時(shí)組織的500多方泥漿調(diào)配出來，到了凌晨3點(diǎn)多，終于起到安全井段了，把漏給整住了，可以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)了。
在這次復(fù)雜情況成功處理后，僅僅向下安全鉆進(jìn)了99米，再次遭遇嚴(yán)重井漏的情況，鉆井液向地層快速流失。技術(shù)人員通過緊急改良鉆井液配方，成功堵住了導(dǎo)致鉆井液流失的縫隙和洞穴。
中國石油塔里木油田鉆井液企業(yè)高級專家 尹達(dá)：泥漿做了上千套試驗(yàn)，優(yōu)化上百種材料，可以說這套聚合物體系在全世界范圍打得最深的一口井，有利于全國的泥漿技術(shù)進(jìn)步。
經(jīng)過技術(shù)人員反復(fù)創(chuàng)新改良，鉆井液成功經(jīng)受了井底220℃超高溫和150MPa超高壓嚴(yán)峻考驗(yàn)，最終克服了惡性井漏、嚴(yán)重坍塌、高溫腐蝕等一系列技術(shù)難題，保障超萬米科探井的安全完鉆。此前，塔里木油田依托自主研發(fā)的深井鉆井液技術(shù)體系，支撐了190多口超8000米的超深井的完成鉆井作業(yè)任務(wù)。
科技利器
助推我國深地鉆探迭代升級
依靠這些科技利器，工程技術(shù)人員成功克服鉆具斷裂、井漏、地層坍塌等重大工程風(fēng)險(xiǎn)，形成了7大類21項(xiàng)成果，培育了自主可控的萬米關(guān)鍵核心技術(shù)體系，助推我國深地鉆探系列關(guān)鍵裝備、工具、材料迭代升級。
中國石油塔里木油田企業(yè)首席專家 王春生：我們國家從基礎(chǔ)材料研究，基礎(chǔ)理論研究，裝備制造，加工工藝，具備了進(jìn)一步探索未知領(lǐng)域的能力，為保障國家能源安全提供保障又打下了一個(gè)非常好的基礎(chǔ)。
通過工程技術(shù)創(chuàng)新，我國首次在萬米以下獲取到完整的巖石樣本，首次在全球陸上發(fā)現(xiàn)了油氣資源，推動了地球深部科學(xué)研究邁入全新階段。
中國工程院院士 孫金聲：該井順利完鉆，代表著我國深地“井工程”全鏈條基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵核心技術(shù)取得了跨越式提升，初步打造了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端鉆完井裝備以及創(chuàng)新制造產(chǎn)業(yè)鏈。
挺進(jìn)萬米深地，中國深地工程實(shí)現(xiàn)了從裝備跟隨到技術(shù)引領(lǐng)的跨越。這些自主創(chuàng)新的“金剛鉆”，正以毫米級的精度叩擊地球深部，為人類探索未知疆域書寫著新的篇章。
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